不同耕作方式對土壤理化性狀及玉米產量的影響

李永平 ，王孟本，史向遠，周 靜，張曉晨

（1.山西大學黃土高原研究所，山西太原030006；2.山西省農業科學院現代農業研究中心，山西太原030031）

土壤是作物生長的基礎，對土壤進行耕作可改善耕層的土壤結構，調節土壤中固體、液體、氣體的三相比例，協調好土壤中水、肥、氣、熱的關系，為作物生長發育創造良好的環境條件[1]。北方旱作農區連續多年單一的耕作方式，使土壤存在耕層變淺、容重增大、持水保肥能力減弱、抗逆緩沖能力變差等問題[2-7]。合理的土地利用和管理能夠改善土壤的物理、化學和生物學性狀，增強土壤對外界環境變化的抵抗力，否則會導致土壤質量下降，減弱土壤抗性，降低生物多樣性、土地生產力和生物地球化學循環等[8]。土壤耕作是農業生產中的一項重要措施，以不同的外部機械力形式作用于土壤并從本質上改變土壤的物理化學性狀，調節土壤的水、肥、氣、熱等因子，達到提高作物產量的目的[9]。以往對不同耕作方式的研究，大多是從保護性耕作角度出發考慮問題，研究側重于降低水土流失、減少耕作次數、降低成本等方面。

本研究通過2 a大田試驗，對常規耕作、免耕、深翻、深松4種不同耕作方式下土壤含水量、容重和氮、磷、鉀、有機質含量以及玉米產量進行分析，旨在探索適合北方旱作農區的耕作方式，對提高玉米產量和建立合理的耕作制度具有重要意義。

1 材料和方法

1.1 研究區概況

試驗地設在山西省忻州市忻府區新路村。該地區屬溫帶大陸性季風氣候，年平均降雨量428.7 mm，年平均氣溫8.5℃，年平均日照時數為2 807.5 h，≥10℃的積溫為3 400～3 600℃，無霜期為149 d左右。土壤為褐土性土，沙質壤土，有機質含量7.33 g/kg，全氮含量0.07 g/kg，堿解氮含量27.5 mg/kg，速效磷含量6.94 mg/kg，速效鉀含量95.77 mg/kg，肥力水平中等。該區為春玉米連作區，沒有灌溉條件。

1.2 試驗設計

試驗設4個處理：常規耕作（CK）、免耕、深翻、深松（表1）。各處理按隨機區組排列，重復3次，每小區長30 m，寬15 m。玉米品種為當地主推品種先玉335，5月初人工點播，播種時行距0.6 m，株距0.32 m。

表1 試驗處理描述

1.3 測定項目與方法

1.3.1 土壤含水量 用土鉆取土，采用烘干法進行測定。取土深度為200 cm，0～100 cm為每隔10 cm取土一次，100～200 cm為每隔20 cm取土一次，然后采用烘干法及時測定土壤的含水量。

1.3.2 土壤容重 采用環刀法測定。取土深度為30 cm，每10 cm取土一次，取其平均值代表0～30 cm的土壤容重。

1.3.3 土壤養分含量 全氮含量的測定采用半微量開氏法，堿解氮的測定采用堿解-擴散法，有效磷測定采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法，速效鉀測定采用1 mol/LNH4Ac浸提-火焰光度法，有機質測定采用重鉻酸鉀容量法。取土深度同樣為30 cm，每10 cm土樣測定一次，取其平均值。

1.3.4 玉米植株干物質量 在玉米不同生育時期每小區取2株有代表性的植株進行烘干稱質量，取其平均值。

1.3.5 玉米籽粒產量 采用取樣測產和實收測產相結合的方法。

1.4 數據統計

試驗采用2 a（2010，2011年）的平均數據進行統計。試驗數據采用SAS8.01軟件[10]進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同耕作方式對土壤含水量的影響

從圖1可以看出，玉米不同生育期土壤含水量的總體變化趨勢存在極顯著差異（P＝6.04，F＜0.000 1），成熟期0～200 cm土層土壤平均含水量最大，其中，深翻處理為13.29%，深松處理為12.33%，常規耕作處理為11.32%，免耕處理為10.57%。各個處理不同生育時期土壤含水量總的變化趨勢為：拔節期、大喇叭口期和成熟期不同耕作方式的土壤含水量均隨著土壤深度的增大呈“V”字型變化趨勢，灌漿期不同耕作方式的土壤含水量隨著土壤深度的增大呈增加趨勢。

隨著生育期的推進，氣溫逐漸升高，蒸發量加大，土壤水分散失速率加快，導致土壤含水量普遍降低。但是深翻處理能夠改變土壤結構，促使土壤微生物活動頻繁，增強土壤有機質含量，達到以肥調水之功用，且具有較強接納和保蓄水分的能力，所以，具有較高的土壤含水量；深松處理為間隔擾動土壤，同樣具有較強接納和保蓄水分的能力，也具有較高的土壤含水量；免耕處理為硬茬播種，未進行秸稈覆蓋，加上土壤緊實、水分入滲慢，導致雨水散失較多，致使土壤含水量較低?？傊?，各個處理土壤含水量由高到低的順序為：深翻＞深松＞常規耕作＞免耕。

2.2 不同耕作方式對不同土層土壤容重的影響

從表2可以看出，不同耕作方式下土壤容重總體上存在顯著差異，深翻處理的土壤容重平均為1.31 g/cm3，深松處理的土壤容重平均為1.43 g/cm3，分別較常規耕作（1.46 g/cm3）降低了10.27%和2.10%；免耕處理的容重最大，為1.52 g/cm3，較常規耕作增加4.1%。從不同土層深度看，不同處理方式的土壤容重也存在顯著差異，0～10，10～20 cm土層深翻和深松處理的土壤容重較低，常規耕作和免耕處理的土壤容重較高，20～30 cm土層各處理方式的土壤容重之間沒有差異。說明深翻和深松方式能改變土壤結構，降低土壤容重，而且對0～20 cm土層效果顯著。

表2 不同耕作方式下土壤容重的變化 g/cm3

2.3 不同耕作方式對土壤N，P，K和有機質含量的影響

由表3可知，耕作處理前與收獲后相比，不同耕作方式對土壤N，P，K和有機質含量的影響較大。與耕作處理前相比，收獲后深翻、深松和常規耕作處理的堿解氮含量表現為增加，其增加幅度由高到低依次為：深翻＞深松＞常規耕作，免耕處理表現為降低；收獲后各種耕作方式的全氮含量與耕作處理前相比沒有差異；不同耕作方式的有效磷含量均表現為增加，其增加幅度由高到低的順序為：深松＞深翻＞免耕＞常規耕作；不同耕作方式速效鉀含量均表現為增加，增加幅度由高到低的順序為：深翻＞深松＞免耕＞常規耕作；不同耕作方式的有機質含量表現為增加的趨勢，其增加幅度由高到低的順序為：深翻＞深松＞免耕＞常規耕作。

表3 不同耕作方式下土壤N，P，K和有機質含量的變化

2.4 不同耕作方式對玉米植株干物質積累量的影響

由表4可知，不同耕作處理的玉米植株干物質量總體上存在顯著差異（F＝6.18，P＝0.029＜0.05）。灌漿期（8月7日）玉米植株的干物質量以深翻處理最大，為231.7 g；深松次之，為225.0 g；常規耕作位居第3，為203.2 g；免耕最差，僅為160.8 g。從干物質日均積累量來看，深翻處理最大，為4.65 g/d；深松為4.59 g/d，常規耕作為4.19 g/d，免耕為3.30 g/d。玉米植株干物質日均積累量由大到小的順序為：深翻＞深松＞常規耕作＞免耕。

表4 不同耕作方式下玉米不同生長時期的干物質量 g

2.5 不同耕作方式對玉米產量的影響

從圖2可以看出，不同處理之間產量存在顯著差異（F＝8.12，P＝0.008＜0.05），不同耕作方式下玉米產量由高到低的順序為：深翻＞深松＞常規耕作＞免耕。深翻處理的產量最高，達到7 360.0 kg/hm2；深松次之，為 6 342.9 kg/hm2；常規耕作位居第3，為6 114.0 kg/hm2；免耕最低，為5 190.0 kg/hm2。

3 結論

不同耕作方式對旱地玉米土壤含水量、容重、氮、磷、鉀、有機質含量以及植株干物質積累量、產量均有影響。（1）土壤物理性狀方面。由于不同耕作處理對土壤結構進行了不同程度的改變，導致了土壤容重和接納、蓄積雨水的能力存在較大差異。深翻、深松和常規耕作處理均對土壤進行了擾動，土壤容重較低，深翻處理0～30 cm土壤容重為1.31 g/cm3，深松處理的土壤容重為 1.43 g/cm3，分別較常規耕作（1.46 g/cm3）降低了10.27%和2.10%；免耕未對土壤進行任何操作，土壤容重較大，為1.52 g/cm3，較常規耕作增加4.1%。不同耕作方式的土壤含水量在玉米生長的不同時期表現均不相同，就各個耕作處理之間相比，拔節期、大喇叭口期、灌漿期和成熟期的各個處理土壤含水量由高到低的順序均為：深翻＞深松＞常規耕作＞免耕。（2）土壤化學性狀方面。與常規耕作相比，深翻、深松和免耕處理的土壤N，P，K和有機質含量均存在差異。速效鉀和有機質含量不同處理均表現為增加，其中，深翻處理增加幅度最大，深松次之，免耕最小。有效磷含量深松處理增加幅度最大，深翻次之，免耕最小。不同耕作處理的全氮含量之間沒有差異，堿解氮含量為深翻和深松處理較常規耕作處理增加，而免耕處理降低。（3）玉米產量方面。不同耕作方式對旱地玉米產量影響較大，深翻和深松處理與常規耕作處理相比，深翻處理的玉米產量可達7 360.0 kg/hm2，深松處理為6 342.9 kg/hm2，分別較常規耕作處理提高20.38%和3.74%，具有增產效應。而免耕處理與常規耕作處理相比，玉米產量減少924.0 kg/hm2，減產15.11%。

4 討論

土地利用方式可改變土壤狀況并影響很多生態過程[11-15]。合理的土地利用方式可改善土壤結構，增強土壤對外界環境變化的抵抗力[8]；不合理的土地利用方式會降低土壤質量[9]。深翻和深松分別通過鏵式犁和深松鏟疏松土壤，雖然都對土壤產生了擾動，但深翻翻轉了土壤，深松不翻轉土壤。王育紅等[16-18]研究表明，深翻和深松均可打破犁底層，增加耕作層厚度，降低土壤容重，增強土壤對降水的蓄納能力，提高土壤水分含量，增強土壤微生物活動能力，有利于土壤有機質的分解，提高土壤肥力，達到抗旱增產的效果，這與本試驗研究結果基本一致。免耕作為重要的保護性耕作技術，對土壤不進行任何處理，基本不擾動土壤，與常規耕作相比，同樣可以改變土壤結構和容重，調節土壤水氣分配[19-20]，進而使土壤的水、肥、氣、熱狀況重新組合。關于免耕對作物的增產和減產效應均有較多報道。邱紅波等[21]研究認為，免耕栽培玉米較翻耕栽培玉米倒伏率高，有效株數少，從而導致單位面積產量顯著低于翻耕栽培玉米。馮延江[22]研究認為，免耕條件下玉米產量比傳統耕作有所增加。本研究結果認為，深翻或者深松對改善土壤結構、提高土壤水分和養分含量、增加玉米產量均具有重要作用。

［1］孫利軍，張仁陟，黃高寶.保護性耕作對黃土高原旱地地表土壤理化性狀的影響 [J].干旱地區農業研究，2007，25（6）：207-211.

［2］孫國躍，周萍，王祝余.響水縣耕地地力變化趨勢及應用對策[J].河北農業科學，2011，15（4）：29-32.

［3］妥德寶，李振華，康暄，等.半干旱區地膜壟溝集雨系統土壤水分特征的初步研究[J].內蒙古農業科技，2011（1）：28-30.

［4］李彰，熊瑛，呂強，等.微生物土壤改良劑對煙草生長及耕層環境的影響[J].河南農業科學，2010（9）：56-61.

［5］張偉，張冬梅，樊修武，等.不同耕作方式對旱地土壤環境和玉米產量的影響[J].山西農業科學，2010，38（7）：44-47.

［6］趙建明，張銳，王海景.旱地玉米秸稈覆蓋對土壤肥力與玉米產量的影響[J].山西農業科學，2007，35（7）：42-44.

［7］隋華，賈蘭英，徐建坡，等.土壤深松對玉米效應的試驗研究[J].天津農林科技，2002（8）：1-3.

［8］鞏杰，陳利頂，傅伯杰，等.黃土丘陵區小流域土地利用和植被恢復對土壤質量的影響[J].應用生態學報，2004，15（12）：2292-2296.

［9］劉洋，孫占祥，白偉，等.不同耕法對土壤含水量、玉米生長發育及產量的影響[J].遼寧農業科學，2011（2）：10-14.

［10］胡小平，王長發.SAS基礎及統計分析實例教程[M].西安：西安地圖出版社，2001：110-118.

［11］Turner M G.Landscapeecology:theeffect of pattern on process[J].Annual Reviews of Ecology and Systematics，1989，20：171-197.

［12］傅伯杰，陳利頂，馬克明.黃土丘陵區小流域土地利用變化對生態環境的影響[J].地理學報，1999，54（3）：241-246.

［13］鞏杰，陳利頂，傅伯杰，等.黃土丘陵區小流域土地利用和植被恢復對土壤質量的影響 [J].應用生態學報，2004，15（12）：2292-2296.

［14］劉鵬濤，馮佰利，慕芳，等.保護性耕作對黃土高原春玉米田土壤理化特性的影響 [J].干旱地區農業研究，2009，27（4）：171-175.

［15］陳興麗，周建斌，劉建亮，等.不同施肥處理對玉米秸稈碳氮比及其礦化特性的影響[J].應用生態學報，2009，20（2）：314-319.

［16］王育紅，姚宇卿，呂軍杰，等.豫西旱坡地高留茬深松對冬小麥生態效應的研究[J].中國生態農業學報，2004，12（2）：146-148.

［17］何進，李洪文，高煥文.中國北方保護性耕作條件下深松效應與經濟效益研究[J].農業工程學報，2006，22（10）：62-67.

［18］秦紅靈，高旺盛，馬月存，等.兩年免耕后深松對土壤水分的影響[J].中國農業科學，2008，41（1）：78-85.

［19］彭文英.免耕措施對土壤水分及利用效率的影響 [J].土壤通報，2007，38（2）：379-383.

［20］Wang X B，Cai D X，Hoogmoed W B，et al.Potential effect of conservation tillage on sustainable land use:a review of global long-termstudies[J].Pedosphere，2006，16（5）：587-595.

［21］邱紅波，何騰兵，龍友華，等.免耕栽培對玉米根系性狀及其產量的影響[J].貴州農業科學，2011，39（9）：55-57.

［22］馮延江.免耕覆蓋對玉米生長發育及產量的影響 [J].黑龍江農業科學，2008（3）：32-33.